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本文利用工业废渣制备无机氧化物纤维,经表面改性处理后作为增强增韧填充材料,与聚氯乙烯(PVC)或聚苯乙烯(PS)复合,制取工业废渣纤维/聚合物复合材料。
首先选用矿渣、粉煤灰等工业废渣为原料,实验选用不同配方、成纤温度和压力等工艺参数,通过高温熔融法离心成纤,并通过EDS、AAS、FTIR、SEM、TG等分析方法研究了纤维的主要化学成分、微观结构和基本物理性质。研究中选择粉煤灰制成的纤维(FAF)为主要研究对象,采用偶联剂和柔软剂等对FAF进行表面改性处理,使之与有机聚合物具有良好的相容性。实验分别采用①混炼、压板等方法制备FAF/PVC复合材料;②共混挤出和原位聚合方法制备FAF/PS复合材料。通过FTIR、维卡软化温度测定仪、DTG、SEM、万能力学试验机和洛氏硬度仪等考察了两种复合材料的表界面、热性能和物理性能。
研究结果表明:粉煤灰和矿渣成纤后,与原材料相比,其化学成分变化不大,且成纤过程稳定;从SEM照片可看出,FAF表面较光滑,直径较均匀;不同配方所制成的纤维均较细,其平均直径约3-4μm,最细的只有3.25μm,并且纤维的收率均大于70﹪,保证了生产中能有较高的纤维产量和较低的生产成本。对于FAF/PVC复合材料,红外谱图证实硅烷偶联剂KH550或偶联剂与柔软剂联合处理的FAF表面发生了化学结合;维卡软化温度分析表明,除柔软剂处理的FAF外,由其他方法处理的FAF所制成FAF/PVC复合材料的耐热性较纯PVC有一定提高;SEM表明经偶联剂KH550或联合处理的FAF与PVC间有较好附着性,并且两种处理剂之间无拮抗作用,对纤维和树脂的复合起到了协同的增强增韧效应;TG结果表明FAF纤维不论在游离状态抑或在复合材料受热分解时,均比较稳定,未和PVC基体的分解产物发生其它的化学副反应;FAF经偶联剂KH550处理后,能提高复合材料的物理性能,而FAF经柔软剂处理后,仅对复合材料具有增韧作用,使冲击性能有一定的提高,但对复合材料的其他性能均不能起到增强效果;经两种处理剂联合处理后,能使复合材料综合力学性能有所提高。对于FAF/PS复合材料,SEM表明采用共混挤出或原位聚合制备时,FAF表面均包覆有一定的PS树脂,表明FAF经偶联剂KH550或钛酸酯偶联剂表面处理后,改善了无机纤维与有机聚合物之间的界面相容性,提高了界面结合力,有利于提高FAF/PS复合材料的力学性能;采用共混挤出法时,随着FAF用量的增加,复合材料的冲击强度、弯曲模量、拉伸模量均呈上升趋势;采用原位聚合法时,无论FAF经表面处理与否,少量FAF的加入,对PS基体的冲击强度提高较大。本研究成功地变废为宝,不仅保护了环境,且有显著的社会效益和经济效益均。